DE4429455A1 - Verfahren zum Verdichten einer Papierbahn und Preßwerk zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ver­ dichten einer Papierbahn im Preßspalt eines Preßwerks, wie Kalander, Glättwerk oder Breitnippresse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Preßwerk zur Durch­ führung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 9.

Ein solches Verfahren und ein solches Preßwerk sind beispielsweise aus DE 28 23 738 C2 bekannt. Als Zielpa­ rameter kommen Glanz, Glätte, Transparenz, Dicke oder deren Kombinationen in Betracht. Der Fachmann kennt noch weitere Zielparameter, wie Kaliber, Bulk und Farb­ aufnahmefähigkeit. Als Variable stehen die Drücke, wel­ che den die Preßkraft hervorruf enden Druckgebern zuge­ führt werden, die Feuchtigkeit der Papierbahn, die Tem­ peratur beim Preßvorgang, die Zahl der Durchläufe durch einen Preßspalt u. dgl. zur Verfügung.

Wenn der Zielparameter beispielsweise eine bestimmte Glätte ist, wird an einem dem Preßspalt nachgeschalte­ ten Glättemeßgerät der Glätte-Istwert gemessen. Ein entsprechender Sollwert ist durch Vorversuche an einem Muster ermittelt worden. Ein Rechner ermittelt aufgrund der Istwerte, der Sollwerte und der in ihm gespeicher­ ten Programme, welche die funktionellen Zusammenhänge zwischen der Glätte oder dem Satinageeffekt einerseits und dem Druck im Walzenspalt sowie der Walzentemperatur und der Oberflächenfeuchte der Bahn andererseits be­ rücksichtigen, die im Preßwerk einzustellenden Werte, nämlich insbesondere die Kraft der als Druckgeber die­ nenden Hydraulikzylinder und die Walzentemperatur. Mit Hilfe eines zweiten Glättemeßgeräts kann auch der Ist­ wert der Glätte vor dem Einlauf in den Preßspalt ermit­ telt und als Störgröße auf die vom Rechner ermittelte Regelgröße aufgeschaltet werden. Will man gleichzeitig einen zweiten Parameter, beispielsweise die Dicke, kon­ stant halten, muß auch dieser Parameter gemessen und im Speicher des Rechners berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansteue­ rung eines Preßwerks zu verbessern.

Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst. Da der gewünschte Zielpa­ rameter in erster Linie von der aktuellen Druckspannung im Preßspalt abhängt, lassen sich bei Kenntnis der ak­ tuellen Spaltbreite bzw. der aktuellen Druckspannung die Streckenlast und damit die den Druckgebern zuzufüh­ renden Drücke sehr genau vorgeben. Kennt man die aktu­ elle Spaltbreite, braucht man sie lediglich mit der erforderlichen Druckspannung zu multiplizieren, um zur erforderlichen Streckenlast zu kommen. Kennt man die aktuelle Druckspannung, erhält man die erforderliche Streckenlast, wenn die aktuelle der erforderlichen Druckspannung angepaßt ist. Zur Ermittlung der aktuel­ len Spaltbreite bzw. der aktuellen Druckspannung können die verschiedensten Verfahren herangezogen werden, bei­ spielsweise ein Vergleich mit vorab hergestellten Ver­ suchsmustern oder deren Daten. Hierbei ist es aber we­ sentlich, daß die Dicke der Papierbahn und deren Kom­ pressionsverhalten berücksichtigt werden. Denn bei sonst unveränderten Werten nimmt mit steigender Papier­ dicke auch die aktuelle Spaltbreite zu. Hierdurch sinkt die aktuelle Druckspannung, was wiederum Einfluß auf den Zielparameter hat. Die Größe der erforderlichen Streckenlast muß daher korrigiert werden.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 kann man über die Länge der Papierbahn auftretende Papierdickenschwankun­ gen derart berücksichtigen, daß der gewünschte Zielpa­ rameter weitgehend gleichbleibt.

Eine Möglichkeit zur Berücksichtigung der Papierdicke, bei der man mit der Messung der Eingangsdicke auskommt, ergibt sich aus den Ansprüchen 3 und 4. Eine andere Möglichkeit, bei der auch die Ausgangsdicke berücksich­ tigt wird, ergibt sich aus den Ansprüchen 5 und 6. Die dabei aus den Speichern abgegriffenen Werte können als Tabelle, Kurvenschar, Rechenvorschrift o. dgl. vorliegen und empirisch, unter Verwendung eines mathematischen Modells der Maschine, unter Verwendung der Finite-Ele­ ment-Methode o. dgl. ermittelt werden.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 7 kann die Ein­ stellung der erforderlichen Druckspannung auch zonen­ weise erfolgen.

Wenn der Preßspalt durch eine Walze mit einem weichen Bezug begrenzt wird, ist gemäß Anspruch 8 auch dessen Kompressionsverhalten bei der Ermittlung der Spaltbreite zu berücksichtigen.

Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Durch den vor dem Preßspalt angeordneten Dickensensor enthält der Rechner der Steuervorrichtung eine Zusatzinformation, die in Verbindung mit den im Speicherbereich enthaltenen Daten die aktuelle Spaltbreite bzw. die aktuelle Druckspan­ nung und damit die Streckenlast zu ermitteln gestattet.

Die gespeicherten Datenzusammenhänge gemäß Anspruch 10 erlauben eine automatische Auswahl der für einen ge­ wünschten Zielparameter erforderlichen Druckspannung.

Mit der Korrekturroutine des Anspruchs 11 läßt sich trotz Dickenänderung der Bahn die aktuelle Druckspan­ nung im Preßspalt aufrechterhalten.

Anspruch 12 beschreibt eine andere Möglichkeit der Aus­ nutzung der Papierdicke, bei der zusätzlich zur Ein­ gangsdicke auch die Ausgangsdicke des Papiers berück­ sichtigt wird.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 13 und 14 geben kon­ struktive Lösungen für die Ausführung der Verfahrens­ ansprüche 7 und 8 an.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine dünne Pa­ pierbahn,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine dickere Papierbahn,

Fig. 3 das Schema eines erfindungsgemäßen Preßwerks,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch die den Preßspalt bildenden Walzen und

Fig. 5 bis 8 Diagramme mit speicherbaren Kurven, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden können.

In Fig. 1 wird eine Papierbahn 1 mit einer Dicke D₁ betrachtet, die in einem Preßspalt zwischen zwei Walzen mit einer vorgegebenen Streckenlast P, also einer pro Längeneinheit der Walzenlänge wirkenden Kraft, belastet ist. Hierbei ergibt sich eine aktuelle Spaltbreite B₁ und damit eine Druckspannung σ₁, also eine pro Quadrat­ fläche wirkende Kraft, die sich wie folgt errechnet

In Fig. 2 ist eine dickere Papierbahn 2 veranschau­ licht, die eine größere Dicke D₂ besitzt und derselben Streckenlast P ausgesetzt ist. Weil wegen der größeren Dicke eine stärkere Kompression erfolgt, ergibt sich eine größere Spaltbreite B₂ und damit eine geringere Druckspannung σ₂.

Die meisten der Zielparameter, wie Glätte, Glanz, Transparenz, Bedruckbarkeit usw., hängen von der Druck­ spannung σ ab. Wenn ein und dieselbe Papierbahn in Laufrichtung nacheinander unterschiedliche Dicken auf­ weist, was in der Papierfabrikation nicht selten der Fall ist, führen die sich ändernden Druckspannungen zu Variationen beim Zielparameter. Diese können erfin­ dungsgemäß ganz oder weitgehend vermieden werden, wenn man die sich mit der Papierdicke ändernde Spaltbreite B berücksichtigt und in Abhängigkeit hiervon die Strec­ kenlast ändert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch ein Preßwerk, bei dem eine Papierbahn 3 einen Preßspalt 4 durchläuft, der zwischen zwei Walzen 5 und 6 gebildet ist. Die Walze 6 besitzt einen Mantel 7, der mit einem nachgiebigen Be­ zug 8 beispielsweise aus Papier oder Kunststoff verse­ hen ist. Der Mantel 7 wird mit Hilfe der durch Pfeile angedeuteten Druckgeber 9 gegen die Walze 6 gedrückt, wobei sich die Druckgeber auf einem den Walzenmantel 7 durchsetzenden Träger 10, der in Lagern 11 und 12 an beiden Enden drehfest gelagert ist, abstützen. Die Wal­ ze 6 ist eine harte, aus Stahl oder Gußeisen bestehende Walze, die an ihren Enden in ortsfesten Lagern 13 und 14 drehbar gehalten ist. Vorzugsweise ist der Antrieb der Walze 6 zugeordnet. Durch Anheben der Lager 11 und 12 kann der Preßspalt 4 zum Einbringen der Papierbahn 3 geöffnet werden, es sei denn, daß die Walze 5 innere Druckgeber besitzt, die den Mantel 7 anheben können. Falls eine Temperierungsvorrichtung gewünscht wird, kann entweder die Walze 6 mit entsprechenden Kanälen versehen werden, denen ein Heizmedium zugeführt wird, oder es kann das der Walze 7 zur Betätigung der Druck­ geber 9 zugeführte Drucköl temperiert sein. Der Aufbau solcher Preßwerke ist bekannt, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt.

Das Preßwerk besitzt eine Steuervorrichtung 15 mit ei­ nem Rechner 16, der einen Rechenteil 17 und Speicherbe­ reiche 18 aufweist. Der Papierbahn 3 ist vor Eintritt in den Preßspalt 4 ein Dickensensor 19 zugeordnet, der die Eingangsdicke D_e der Papierbahn feststellt. Fakul­ tativ kann auch hinter dem Preßspalt 4 ein Dickensensor 20 vorgesehen sein, der die Ausgangsdicke D_a mißt. Ebenfalls fakultativ kann ausgangsseitig ein weiterer Sensor 21 vorgesehen sein, der den Istwert Z_i des Ziel­ parameters erfaßt. Sämtliche Sensoren sind über die ge­ samte Breite der Papierbahn wirksam, sei es durch Mehr­ fachanordnung, sei es durch kontinuierliche Hin- und Herbewegung, damit eine Regelung nicht nur in Längs­ richtung, sondern auch in Querrichtung möglich ist.

Mit den Sensorwerten sind die Eingänge a, b und c des Rechners 17 belegt. Weitere Eingänge d und e können dazu dienen, weitere Meßwerte aufzunehmen. Eingänge f, g und h sind dazu bestimmt, bestimmte Konstanten ein­ zugeben oder Sollwerte vorzuschreiben. Der Eingang i im Speicherbereich dient dazu, die wesentlichen Daten des gerade behandelten Papiers einzugeben oder - sofern sie bereits gespeichert sind - zu aktivieren. Der Rechner 17 gibt am Ausgang k Drucksignale ab, die unter Ver­ mittlung einer nicht dargestellten Ventilanordnung den einzelnen Druckgeber 9 oder Gruppen von solchen Druck­ gebern ein Druckmittel mit solchem Druck zuführen, daß die gewünschte Streckenlast, die zonenweise unter­ schiedlich sein kann, aufgebracht wird. Die weiteren Ausgänge l und n können dazu dienen, eine Temperie­ rungsvorrichtung und/oder eine Befeuchtungsvorrichtung zu steuern.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen Diagramme mit jeweils einer Kurve, wie sie im Speicherbereich 18 für eine bestimmte Papiersorte abgelegt sein können. Fig. 5 zeigt die Ab­ hängigkeit der Preßspaltbreite B von der Eingangsdicke D_e bei konstanter Streckenlast P. Fig. 6 zeigt den Zu­ sammenhang zwischen der Preßspaltbreite B und der Streckenlast P bei konstanter Eingangsdicke D_e. Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit der Kompression K von der Druck­ spannung σ bei konstanter Eingangsdicke D_e. Für be­ stimmte Steuerungsverfahren können auch andere Zusam­ menhänge zwischen Dicke, Kompression, Spaltbreite, Streckenlast und Druckspannung von Interesse sein. Die Werte brauchen nicht in Kurvenform abgespeichert sein. Sie können auch als Tabelle vorliegen oder durch eine abgespeicherte Rechenvorschrift ermittelt werden.

Fig. 8 schließlich zeigt für eine bestimmte Papiersorte die Abhängigkeit eines Zielparameters, hier der Glätte G, von der Druckspannung bei im übrigen konstanten Da­ ten (Temperatur, Feuchtigkeit, usw.). Wird ein bestimm­ ter Zielparameter gefordert, kann man die hierfür er­ forderliche Druckspannung ermitteln.

Bei einer ersten Arbeitsweise sei angenommen, daß die Papierbahn eine bestimmte Eingangsdicke D₁ hat und die gesamte Anlage sich in einem ausgeregelten Zustand be­ findet, bei dem der Istwert Z_i des Zielparameters dem vorgegebenen Sollwert entspricht. Meldet nun der Dic­ kensensor 19 eine größere Eingangsdicke D₂, so tritt eine im Rechner 17 vorgesehene Korrekturroutine in Tä­ tigkeit. Sie ermittelt, wie stark sich die Spaltbreite B beim dickeren Papier geändert hat, beispielsweise mit Hilfe der Kurve nach Fig. 5, und erhöht dann die Streckenlast P mit Hilfe der den Druckgebern 9 zuge­ führten Drücke derart, daß die Druckspannung σ wieder ihren alten Wert annimmt, wie er bei der geringeren Eingangsdicke vorherrschte. Auf diese Weise ist schon lange, bevor das Meßgerät 21 für den Istwert Z_i des Zielparameters eine Abweichung vom Sollwert anzeigt, dafür gesorgt, daß dieser Istwert annähernd seinen ur­ sprünglichen gewünschten Wert beibehält.

Gemäß einer bevorzugten Abwandlung wird auf den Zielpa­ rameter-Sensor 22 ganz verzichtet. Statt dessen wird die Streckenlast so gesteuert, daß sich unter Berück­ sichtigung der dickenabhängigen Spaltbreite die erfor­ derliche Druckspannung ergibt.

Die dickenabhängigen Korrekturvorgänge überlagern sich dem gesamten übrigen Steuerungs- oder Regelungsvorgang, wie er an sich zur Aufrechterhaltung bestimmter Zielpa­ rameter notwendig ist.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Spaltbreite B auch von der Streckenlast abhängig ist.

Eine andere Möglichkeit, bei der die Papierdicke eine Rolle im Steuerungs- oder Regelungsverhalten spielt, besteht darin, daß sowohl die Eingangsdicke D_e als auch die Ausgangsdicke D_a gemessen wird. Die Differenz ist gleich der Kompression K. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Kompression K und die Druckspannung σ in einer weitgehend festen Beziehung stehen. Kennt man bei gege­ bener Streckenlast die Druckspannung, ist auch die Spaltbreite B bekannt. Man kann sie mit der erforderli­ chen Druckspannung zur Ermittlung der richtigen Strec­ kenlast multiplizieren oder ganz einfach die Änderungen der Druckspannung durch entsprechende Änderungen der Streckenlast ausgleichen, weil hierbei die Spaltbreite implizit in die Rechnung eingeht.

Wesentlich ist in allen Fällen, daß die sich mit der Dicke des Papiers ändernde Spaltbreite bei der Druckan­ steuerung berücksichtigt wird, was bisher noch nie ge­ schehen war. Wenn eine der Walzen einen elastischen oder weichen Bezug trägt, so spielt dieser für die Spaltbreite ebenfalls eine Rolle. Der Speicherbereich 18 sollte daher Daten über die Zusammenhänge zwischen Druckspannung, Kompensationsverhalten des Belages und Spaltbreite enthalten.

Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfa­ cher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Preßspalt durch zwei harte Walzen begrenzt sein, wie dies für ein Glättwerk zutrifft. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Walze mit einer feststehenden oder als Band umlaufenden Gegenlagerfläche zusammenwirken zu lassen, wie dies bei Breitnippressen der Fall ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Verdichten einer Papierbahn im Preß­ spalt eines Preßwerks, wie Kalander, Glättwerk oder Breitnippresse, bei dem die zur Erzielung eines gewünschten Zielparameters erforderliche Strecken­ last ermittelt wird und den die Preßkraft erzeugen­ den Druckgebern entsprechende Drücke zugeführt wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzielung des gewünschten Zielparameters erforderliche Druckspannung ermittelt wird, daß die Papierdicke gemessen wird, daß die aktuelle Spaltbreite bzw. die aktuelle Druckspannung unter Berücksichtigung der Dicke und des Kompressionsverhaltens der Pa­ pierbahn ermittelt wird und daß die Streckenlast derart eingestellt wird, daß sich eine aktuelle Spaltbreite ergibt, die in Verbindung mit der ein­ gestellten Streckenlast die erforderliche Druck­ spannung hervorruft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdicke der Papierbahn vor dem Preß­ spalt gemessen und bei einer Dickenänderung die Streckenlast im Sinne einer Aufrechterhaltung der Druckspannung im Preßspalt geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus Streckenlast, Eingangsdicke und bekanntem Kompressionsverhalten des Papiers die aktuelle Spaltbreite und damit die aktuelle Druck­ spannung ermittelt und Änderungen der aktuelle Druckspannung durch entsprechende Änderungen der Streckenlast ausgeglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das jeweils verarbeitete Papier die Spalt­ breite in Abhängigkeit von Eingangsdicke und Streckenlast aus einem Speicher abgegriffen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch die Ausgangsdicke der Papierbahn hinter dem Preßspalt gemessen wird, aus der Ein­ gangsdicke und der Dickendifferenz die aktuelle Druckspannung ermittelt und Änderungen der aktuelle Druckspannung durch entsprechende Änderungen der Streckenlast ausgeglichen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das jeweils verarbeitete Papier die Druck­ spannung in Abhängigkeit vom Verhältnis der Dicken­ differenz zur Eingangsdicke aus einem Speicher ab­ gegriffen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchbiegungssteuerbare Walze verwendet und ihren Druckgebern Druck im Sin­ ne einer Aufrechterhaltung des Druckspannungspro­ fils zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Walze mit einem weichen Bezug verwendet und das Kompressionsverhalten des Belages bei der Ermittlung der aktuelle Spaltbreite berücksichtigt wird.

9. Preßwerk für eine Papierbahn, wie Kalander, Glätt­ werk oder Breitnippresse, zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem wenigstens einseitig durch eine Walze begrenzten Preßspalt und Druckgebern zur Erzeugung einer Streckenlast im Preßspalt sowie mit einer vorzugs­ weise einen Regelkreis aufweisenden Steuervorrich­ tung, die unter Berücksichtigung des gewünschten Zielparameters ermittelte Drücke für die Druckgeber vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Preß­ spalt (4) ein Dickensensor (19) zur Messung der Eingangsdicke (D_e) des Papiers angeordnet ist, und daß die Steuervorrichtung (15) einen Rechner (16) aufweist, der in einem Speicherbereich (18) für die jeweils behandelte Papiersorte Daten über die Zu­ sammenhänge zwischen Eingangsdicke (D_e), Druckspan­ nung (σ) und Kompressionsverhalten bzw. Spaltbreite (B) enthält und die Streckenlast (P) derart ein­ stellt, daß sich eine aktuelle Spaltbreite (B) er­ gibt, die in Verbindung mit der eingestellten Streckenlast die für den gewünschten Zielparameter erforderliche Druckspannung (σ) hervorruft.

10. Preßwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbereich (18) auch Daten über die Zusammenhänge zwischen Zielparameter (Z) und Druck­ spannung (σ) enthält und der Rechner (16) hieraus die für einen gewünschten Zielparameter erforderli­ che Druckspannung ermittelt.

11. Preßwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuervorrichtung (15) eine Kor­ rekturroutine aufweist, die die Drücke bei einer Dickenänderung im Sinne einer Aufrechterhaltung der aktuellen Druckspannung (σ) im Preßspalt (4) än­ dert.

12. Preßwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß hinter dem Preßspalt (4) ein Dicken­ sensor (20) zur Messung der Ausgangsdicke (D_e) des Papiers angeordnet ist, daß der Speicherbereich (18) Daten über die Zusammenhänge zwischen Ein­ gangsdicke (D_e), Ausgangsdicke (D_a) und Kompres­ sionsverhalten des Papiers enthält, und daß der Rechner aus diesen Daten die aktuelle Druckspannung (σ) ermittelt und der erforderlichen Druckspannung nachführt.

13. Preßwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dickensensor (19) die Ein­ gangsdicke (D_e) über die Breite der Papierbahn (3) mißt, mindestens eine der den Preßspalt (4) begren­ zenden Walzen (5) als durchbiegungssteuerbare Walze ausgebildet ist und die Steuervorrichtung (15) eine Korrekturroutine zonenweise durchführt.

14. Preßwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der den Preß­ spalt (4) begrenzenden Walzen (5) einen weichen Belag (8) trägt und die Steuervorrichtung (15) ei­ nen Rechner (16) aufweist, der in einem Speicherbe­ reich (18) Daten über die Zusammenhänge zwischen Druckspannung (σ), Kompressionsverhalten des Bela­ ges und Spaltbreite (B) enthält.